电气工程中电气继电保护的常见故障及维修策略分析

李 彬 袁振华

（国电南瑞南京控制系统有限公司）

0 引言

人们日常生活当中， 需要用到大量电力资源， 而电力资源使用和人们生活息息相关， 并且对于我国社会经济平稳发展来说， 具有一定作用。但由于最近几年人们生活水平日益提升， 节奏越来越快， 这就使对电力资源需求量越来越大， 所以在用电方面有了更高的要求， 想要安全用电首先是为了使电力系统可以平稳运行， 电网安全稳定地运转离不开对继电器的维护， 因此， 对继电器的维护也要做好工作。只有在出现了故障后， 及时地处理， 才能保证人们的用电安全。

1 电力继电保护的概述

1.1 概念

继电保护的重点是， 当变压器、 输电线缆和发电机出现了故障或短路的时候， 会自动启动停电措施， 来对电力系统的设备进行保护。从而可以避免对变压器， 输电线缆和发电机组等造成损坏， 从而确保电力系统的安全平稳运行， 并实现实时控制电路功能。继电保护是保障电网安全稳定运行的重要保障， 是电网安全稳定运行的关键。当电网出现故障时， 继电器可以迅速地将电网中的故障部分从电网中清除出去， 利用无故障部分持续保证电力系统正常工作， 为了实现连续不间断供电， 并保护失效部分免受损坏。继电系统通常包括输入、 测量、 逻辑判断和输出执行4 个环节。现场信号投入以后， 从测量信号到逻辑信号再到按某种关系逻辑组合运算的最终实现， 最终输出来完成工作。

1.2 电气继电保护故障检修工作的意义

在电力系统当中， 电气继电保护所发挥的功能则是维持电力系统稳定， 安全的运行。就电力系统而言， 电气继电保护装置安装符合电力系统运行的需要， 同时伴随着人民生活水平的不断提升， 使电力系统的运行负荷不断提高， 从而使电力系统产生了各种各样的故障， 同时电气继电保护装置的压力也随之增大， 当电气继电保护装置发生故障时， 继电保护功能将受到影响， 进而威胁电力系统安全运行的实现。为了减少电气继电保护装置出现故障的次数， 达到电力系统稳定安全运行的目的， 就需要加大对于故障的检修处理力度。对常见的故障进行深入的分析， 制定出科学、 可靠的检修方案， 对继电保护装置可能存在的安全隐患进行及时的处理， 提升继电保护装置的安全性， 以适应生产和生活用电需要[1］。

图1 继电保护装置原理机构框图

2 电气工程中电气继电保护的常见故障

2.1 接触不良

我国电气继电保护常发生接触不良。电气系统电气接触不良多是由电压互感器运行故障引起。电压互感器可以把高电压变换成100Ⅴ或100Ⅴ以下级别的二次电压提供给系统中的保护装置和仪表装置。互感器发生故障时， 会使其高电压转换功能发生削弱， 进而对维修人员生命安全造成直接威胁。或在互感器二次中性点接触不好时， 会使二次接地和地网系统产生电压叠加、 用电过大， 使电力系统判断错误， 进而发生跳闸。这些因接触不良形成继电保护故障需要及时进行检修， 不然会给民众及操作人员生命安全造成威胁， 还会影响电气系统安全可靠运行。

2.2 设备故障

在电气继电保护常见的故障当中， 设备自身质量问题就是造成故障发生的主要原因。当前， 市场上销售的电气继电保护设备质量良莠不齐。部分生产商使用低价占领市场战略， 为降低生产成本使用劣质材料。这些用劣质材料制造的装置精度没有保证。在设备发生故障后， 无法精准地发现问题， 造成继电保护设备运行安全性下降， 最终对整个电气系统造成隐患。

一些单位或个人， 对继电保护设备进行维护时，私换原有部件， 也在电气系统安全埋下了隐患。因此， 不仅在采购时应该挑选品质优良的继电保护设备进行采购， 在以后的使用过程中也应该加强管理， 禁止私换原有部件以保证继电保护设备安全工作。

从表1 中可以看出电气电保护设备投产前七年内设备故障率出现相对较低， 需要对设备进行日常清洁维护。设备运行7-9 年来故障率虽然有所提高， 但提高幅度较小。然而设备运行九年以上故障率骤增， 由此可得电气继电保护设备在使用九年以上后应加强定期维护， 以保证设备安全运行。

表1 电气电保护备常见故障统数据

2.3 回路断线和短路

回路断线或短路亦是继电保护故障中频繁发生的一种故障。回路发生断线或短路时， 电力系统回路整体负载力会显著提高， 而电流值随之增大。回路短路现象发生多数是由于维修人员疏忽把电路两极碰到一起， 诱发短路现象发生。此外回路发生断线的一个原因是所使用的线路设备质量和材质存在问题， 当质量不合格线路发生故障时不能耐受较大电流而发生断线。这类故障的出现， 对电力用户及维修人员均构成了极大的安全威胁。

2.4 电气继电保护装置的隐形问题

电气继电保护装置隐形事故主要是由于电力系统正常工作时其他装置出现故障进而造成电气继电保护装置同样出现故障， 最终使整个电力系统稳定性大打折扣， 严重时还会直接使电力系统不能持续正常工作。而由于其它设备的作用， 负责供电的技术人员往往很难发现这种状况下导致的隐藏故障。导致电力继电保护设备发生隐藏故障的原因有二： 一是由于电力系统整体电路存在问题， 二是由于电力系统其他装置或电容器存在故障。同样是由于以上两种故障的出现， 使得电气继电保护装置存在隐性故障， 然后最终导致电力系统同样存在问题而无法持续稳定地运行[2］。判断电力继电器是否存在隐形故障可参照图2。

图2 隐形故障图

3 电气工程中电气继电保护的维修策略分析

3.1 观察法

在电网的实际应用中， 继电器的失效是一个比较普遍的问题， 但是继电器失效的类型很多， 其产生的原因也不尽相同。针对不同类型的缺陷， 可以采取不同的方法来解决。例如， 当设备快要超载时， 因为过压而导致的电路短路和线路损坏的故障， 这就需要用观察法判断故障部位。若观察到继电保护装置内有泛黄， 烧焦的气味散出， 就可判断电力系统故障是继电保护装置引起的， 检修人员仅需更换故障受损元件就能使电力系统恢复正常工作。

3.2 元件替代法

元件在电气继电保护装置中占据主要地位， 电气继电保护装置常见故障与内部元件有直接联系。对电气继电保护装置而言， 微机保护在整个系统中属于核心中枢， 在继电保护日常检修期间， 工作人员若是通过大量工作经验， 可以对内部元件或插件故障种类进行直接精准判断， 应及时采用元件更新法或元件替代法选择使用相同质量合格的元件来更换故障元件， 若更换后系统能恢复正常工作， 则表明该处元件或插件已发生故障。如果保护装置的单个元件由于质量不过关或老化等原因， 导电效果并不显著， 甚至不能导电， 从而使整个保护系统不能正常地工作。维修人员在检测到该故障时， 必须用新元件来代替故障元件，使保护装置重新工作[3］。

3.3 参数对照法

参数对照法就是在上述几种故障排除法均不能查出故障之后， 才采用的方法。采用参数对照法求解继电器数值异常。继电器每个值具有一个安全范围且指数固定。因此维修人员在检测到继电器存在一个值超过安全范围后， 就会把它的值和正常工作中继电器在同样条件下的有关参数作对比， 看有没有问题， 借此来把握继电保护装置故障。

3.4 分析法

当出现故障时， 需做好总结和分析一切已知资料， 其中包括继电保护装置型号的识别， 再记录当前显示参数并以此为基础全面分析故障问题。特别是判断故障是否是由外部因素造成的， 进而判断出设备发生故障的具体部位和原因[4］。其中， 在采用这种方式进行故障诊断时， 要求维修人员具有较丰富的工作经验， 具有较强的专业基础，尤其是对有关电气操作的有关参数以及其他一些基本的理论知识有较好的了解。接着， 维修人员要对其进行检查和观察， 向其询问其对生产工艺的实施情况以及发生故障前的参数变化情况， 并查询装置运行记录等， 最后判断出故障原因并采取应对措施。

3.5 做好设备日常维护工作

电气继电保护设备之所以会发生故障问题， 部分是因为设备经过长时间运行后， 因为零部件发生了磨损与老化。这需要相关工作人员做好设备日常保养，建立保养制度， 落实日常保养， 每周保养， 定期保养，做好继电保护设备零部件维护。当检测到设备零部件有问题时， 要及时进行修理或者更换以防止故障。

如表2 可知， 近两年， 从电气继电保护设备中都选取150 台设备做状评分， 2020 年选取的150 台设备中有9 台继电保护设备评分较低， 状态不合格品，2021 年度抽取的150 件装备中， 有7 件得分偏低， 且状态不合格。

表2 电气继电保护设备状态评分表

打分不合格品继电保护设备通过日常的检修记录可以看出， 检修人员在日常工作中没有做好这些打分不合格品的维护保养， 从而造成了这些设备出现安全隐患。而对于评分较高的设备， 通过查看日常维护记录， 它们有着较为完善的日常维护， 当设备发生故障时， 也进行比较规范的操作处理， 才使这些装置处于一个相对良好的工作状态可见在落实电气继电保护装置维修技术时需要做好装置的日常维护[5］。

4 结束语

总之， 电气继电保护在人们生活中有着比较广泛的用途， 对于电气设备和民众安全保护有着非常重要的作用， 还能较好地保持电气系统稳定， 安全运行。在对电气继电保护进行检修时， 需要充分了解故障发生的原因， 例如接触不良， 回路断线与短路， 外部干扰或设备的质量和材质等， 再根据实际情况选择使用直接观察法， 元件代替法， 拆除法和参数对照法等相应技术， 坚持 “速度快， 效率高， 安全可靠” 维修原则， 及时消除故障隐患， 保障民众正常生活。此外，在电气继电保护装置不断更新的今天， 维修人员要时刻抱着与时代同步发展的心态， 主动参考和研究故障维修的先进技术， 为电气系统安全， 稳定地运行提供了有力的技术支持。